TW201128111A - An electric lighting device - Google Patents

Description

201128111 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為提供一種電氣照明裝置設計，其係涉及一般 的人工照明，特別是包括使用於交通信號燈具及燈的電氣 照明裝置；本案並依法聲明以澳州第2009904427號的「改 良式照明燈具和燈」專利申請案主張國際優先權，其申請 曰為2009年09月14日，並將其全部内容納入本發明。 【先前技術】 可固定的人工照明裝置常被用來提供一個要求亮度和 場所的光線，如街燈或移動式的手電筒。人造燈用於如建 築物内部或晚上室外空間的夜間區域照明。例如，陰暗區 域的照明，將有助於方向的指引、提高安全性、延長工作 和生產的時數及增加休閒時間。人造燈的範例包括街燈、 手電筒、泛光燈、螢光燈泡和鎢絲燈泡。 在某些應用中，人造燈使用於提供諸如街道或道路之 預定區域的照明。控制人工照明裝置的亮度和/或光線的 方向，亦可用來創造諸如餐廳的氣氛或氛圍。人工照明裝 置的另一個應用是以一個預定的方式來聚焦光源，以引導 和管制群眾、船隻和車輛的移動。這些照明裝置包括諸如 燈標、警示燈、燈塔、頭燈、尾燈、交通信號燈。 傳統上，信號燈使用白熾的鎢絲燈或石英鹵素燈作為 人造燈的光源。燈是安裝在一個拋物線型反射物的聚焦處 ，且該反射物的前端裝上確定信號顏色的彩色透鏡。最近 ，信號燈已使用發光二極體(LED)作為光源。這些LED通常 201128111 女裝在扁平圓形印刷電路板上且無需反射物。標準型led 燈的顏色是由使用的led本質特性決定之。為了環保或 4·用途，可旎安裝—透鏡於類似的信號燈上。 4LED燈相較於所使用的白熾鎢絲燈時，具有低功率 消耗和使用壽命長的優勢，但與特定配件—起使用時 f外觀不佳的缺陷。LED燈因為所需的組件數量及 南，故通常生產較為昂貴。 〇〇再者，傳統之標準型LED燈需要許多單顆的LED，者 單顆的LED提供-相對性的獨立光源時，可用來呈現其敕 體顏色的外觀。就直徑為200公厘的LED燈而言，大約兩 280顆LED，才能符合照明品f的—般規範，並提供一:單 一光，的外觀。然而，由於經濟的考量，一般僅使用四分 之一罝的LED。使用如此少量的LED，導致不良結果和二 淆的外觀，因為LED燈僅在一個相對小的區域内產生光$ ，形成小「閃亮區域」的效果。降低LED光源數量的結果 ,造成作為光源的燈直徑出現一個相對較小的區域。當一 顆或1顆的LED故障時，將造成使用外觀的大缺陷。;在 燈的削面安裝一個或多個格栅時，將進一步呈現其劣質的 外觀。在較佳的執行例中，使用28〇顆LED的單一格柵區塊 ，其了用到人造光源的比例相對較小。然而，當使用7〇顆 LED柃，同樣的單一格栅區塊可用到人造光源的比例則大 幅地增加。 θ為了環境和經濟的理由，減低人工照明裝置的功率消 耗是令人期待的。標準型的LED燈的功率消耗約為5ι〇瓦 ，較功率消耗為30-67瓦的標準型白熾燈更具效率。然而， 201128111 尤其當功率是由太陽光電的電源供應時，進一步地降低功 率是有利的。 電流LED燈使用了大量相對低輸出的LED來達到所需 的總發光量。使用的LED製成品以透明的環氧樹脂封裝。 然環氧樹脂封裝在低溫下會軟化，導致LED受到機械損傷 。新一代LED使用高溫材質，不會因此狀態而受損，加之 有更高的光輸出。然而，這些高亮型的LED卻難以使用， 因為其巨大的光輸出意謂著只需用到少量的LED，導致信 號較差。 電流燈的使用光源受到光源老化的影響而減低了光輸 出。這種光損失，通常稱之為流明衰減，導致設計者生產 製造過度光亮的LED燈，並在其初始使用壽命中，消耗過 度的功率。過度光亮是如此美好以致於有害，且多餘的功 率只是浪費，同時也降低了 LED的使用壽命。就某些類型 的LED而言，尤其是那些被用於紅色和黃色的信號，其光 輸出深受工作溫度的影響。該工作溫度則進一步受到當地 環境溫度和太陽光輻射熱的影響。 這又導致設計者藉由施加額外的功率補償至LED。施 加額外的功率的LED，加速了功率消耗和流明衰減的問題 。該結合效應是巨大的，使得紅色LED燈的設計特別有問 題。當在冷狀態時，LED的作業最有效率，當在熱狀態時 ，LED效率是最小的，而在白天其所需的光輸出是最大的 ，夜晚所需的光輸出是最小的。 因此，提供一種改良式人工照明裝置是有其存在的必 要性。 201128111 【發明内容】 本發明之主要目的，乃在於提供一種電氣照明裝置設 計，其係一種人工照明裝置，至少使用一種由中空結構殼 體内表面界定之光學共振腔中所配置光源。該殼體第一個 不透明部分提供一個適用於殼體内的反射物，將投射在第 一個不透明部分之殼體内共振腔光源的光線反射回共振腔 。在殼體内層與外層之間的殼體第二個不透明部分具有多 孔。因此，該光源的光線被廣泛地反射在共振腔内，並從 該共振腔經由多孔透射至殼體外部。 依據本發明所揭露的第一個層面，其係提供一種電氣 照明裝置，包含：一中空結構的殼體具有一内表面界定的 共振腔；一種發光二極體(LED)的光源被配置在殼體内的 共振腔中；殼體的第一個不透明部分提供一個適用於殼體 内的反射物，在殼體内層與外層之間的殼體第二個不透明 部分具有多孔；和一對準多孔的透鏡裝置。 依據本發明所揭露的第二個層面，其係提供一種照明 裝置，包含：一中空結構的殼體具有一内表面界定的共振 腔；一種光源被配置在殼體内的共振腔中；殼體的第一個 不透明部分提供一個適用於殼體内的反射物，在殼體内層 與外層之間的殼體第二個不透明部分具有多孔；和一對準 多孔的透鏡裝置。 在一個具體例中，該照明裝置是電氣的且已履行使用 的光源至少為發光二極體、發光等離子體(LEP)、鎢絲和光 纖的其中之一。 本發明的其他層面，亦同時揭露。 201128111 【實施方式】 茲依附圖實施例將本發明技術特徵及其他作用、目的 詳細說明如下。 凡是有關本發明實施例圖面及說明内文中所提及的任 何一個或多個步驟和/或特色’皆具有相同的參考標號， 除非出現相反的用意’這些步驟和/或特色具有描述此相 同功能或操作的目的。 本發明係揭露一種人工照明裝置，其至少使用一種由 中空結構殼體内表面界定之光學共振腔中所配置光源。該 殼體第一個不透明部分提供一個適用於殼體内的反射物， 將投射在第一個不透明部分之殼體内共振腔光源的光線反 射回共振腔。在殼體内層與外層之間的殼體第二個不透明 部分具有多孔。因此，該光源的光線被廣泛地反射在共振 腔内，並從該共振腔經由多孔透射至殼體外部。 所述照明裝置還包括一對準多孔的透鏡裝置。根據靡 用狀況，該透鏡裝置可從該共振腔透過多孔來調整所接收 的光線，例如，聚焦光或著色光。在一具體例中，殼體第 二個不透明部分多孔中的每一孔至少對準透鏡裝置中的— 個透鏡或透鏡元件。在一具體例中’該透鏡裝置與殼體第 二個不透明部分的外表面構成一體，在一替代的具體例中 ’透鏡裝置耦接殼體。在進一步的替代具體例中，該透鏡 裝置相鄰於殼體外表面。 在具體的實施例中，該人工照明裝置可為一種電氣照 明裝置。該光源也許採用一或多顆的發光二極體(LEDs)， 如使用銦稼氮化物或紹銦鎵鱗化物的發光二極體，或藉由 201128111 激發螢光粉，由短波長LED激發螢光粉散發光線，如 監光LED或紫外光led。由於共振腔内的反射性質，當使 用夕顆LED 4，母一顆led的置放可能有很大的變化，但 對照明裝置的整體性能影響不大。在另一個具體例中，採 =一發光等離子體(LEP)作為光源，藉由電激或耦合射頻能 莖形成等離子。在另一個具體例中，採用鎢絲白熾燈泡作 為光源。在進一步的具體例中，光源是採用從一條或多條 光纖末端所散發的光線，其中每一條光纖的末端均設於共 振腔内。但在進一步的具體例中，是採用外部光線導引至 前述的共振腔作為光源，如藉由波導引導陽光至前述的乒 振腔，其中前述的波導孔口位於共振腔内，光線從孔口^ ^ 八力此如同光源被配置在共振腔内。在另一個具體例 中，採用放電電源作為光源。例如一個或多個的螢光管、 间壓鈉燈或霓虹燈管。.在一具體例中，採用乙£]：)作為光源 ，該光源區域明顯擴大，意謂著可使用少量的LED，從而 節省電力和費用。 操作中’至少一個光源的光線被反射在光共振腔内， 以產生一個明顯擴大的光源區域。在完成的燈具中，使用 開放式的反射物組件，幾乎所有的光線從反射物被反射， 經由一個較大的單孔離開燈具。相對地，一個按照本發明 揭露之照明裝置的具體例被配置，以便於投射在殼體第二 個不透明部分上的少數光線離開照明裝置。殼體内表面被 孔洞覆盍的相對量將取決於特定的應用，以提供一個理想 的效果。 在某些佈置上，大約〇. 1 %至50%的總光通量可從照明 201128111 . 裝置之殼體的反射内表面被反射’經由孔洞離開照明裝置 . 。在一個具體例中，大約有30%的總光通量從照明裝置之 殼體的反射内表面被反射，在給定的時間範圍内，經由孔 洞離開電氣照明裝置。在其他的具體例中，約5%、10%、 15%、20%、25%、35%、40%、45%或50%的總光通量 從照明裝置之殼體的反射内表面被反射，在給定的時間範 圍内，經由孔洞離開電氣照明裝置。 熟悉該項領域的技術者將能了解’從照明裝置之殼體 反射内表面被反射之總光通量的實際百分比，在給定的時 間範圍内，經由孔洞離開電氣照明裝置，將取決於殼體實 際的佈置和特定的應用，但在不偏離本發明所揭露的精神 和範圍内，高達65%的不同比例可被利用。因此’光子在 經由第二個不透明部分的孔洞散發離開照明裝置之前’通 常已經在照明裝置之殼體的共振腔内被反射。 光線係經由孔洞從共振腔穿越至殼體外部’而孔洞的 大小和佈置使光線在預定的方向產生一狹窄的光束。在一 個具體實例中，孔洞的面積總和佔照明裝置殼體内表面的 少數。在一執行例中’孔洞的面積總和約佔照明裝置殼體 内表面1-50%的範圍，其中殼體的内表面限定了共振腔内 部與一個或多個的反射部分。在其他的執行例中，孔洞的 面積總和約佔照明裝置殻體内表面10%至30% ’或15%至 20%，或20%至40%，或1%至10% ’或5%至15%的範圍 。這是可以被理解的’當上述的範圍在本發明中被揭露時 所提到，該範圍内每個數值如同具體實施例所被揭露。例 如，15%至20%的範圍’已揭露了 15%、16%、17%、 201128111 似、19%和⑽，且财的歸在㈣之間 的例中，孔洞的面積總和約佔第二個 = 丁 至6m的範圍。在一個具體例中月=表面1% ，第二個不制部分的表_約有和形狀 如木认也⑽ 償]有川％對應到孔洞，約略 相虽於Λ又體内表面之總表面積的1%至 署 的具體例，例如，J：中孔:絲①八他利用佈置 〃 Μ，㈣面積總和佔了第二個不透明 ‘内表面的m 1G%、15%、2〇%、2桃观 、35%、40%或45%。在這樣的執行例中 反射回共振腔的大部分光線投射在第二個不透明部=被 只有相對小部分的光線從共振腔經由第二個不透明部分的 孔洞透射至殼體的外部。這將在共振腔内產生 隨機化，致使光餘乎是·— _散發經由孔洞=A 该光線可進一步藉由透鏡裝置的方位、配列和光學性能來 控制’該裝置對準孔.洞，經由一孔或多孔的透射接收光線 。反射共振腔允許含有少量光源的燈，以組成一個更大數 目的明顯光源，使其具有最覿的外觀。 在一個具體例中，光源被置於共振腔内的適當位置， 因此從光源散發的光線直接投射在殼體第一個不透明部分 所提供的反射物上。這樣做是為了讓共振腔内的反射率極 大化。 一種按照本發明揭露的電氣照明裝置適於許多的應用 ’諸如街道照明、車輛的前燈和尾燈、燈標 '手術室，交 通信號燈、泛光燈和電筒。 在一個具體例中，該殼體的第一個不透明部分是一反 射體’殼體的第二個不透明部分是一多孔蓋，其中該多孔 201128111 蓋耦接反射體。在一個執行例中，多孔蓋與反射體構成一 體。 在另一個具體例中，該殼體的第一個不透明部分提供 一反射物，由中空結構殼體的内部限定其反射内表面直接 朝向共振腔。該反射内表面可能相鄰於殼體的内部或成為 殼體内表面的一部分。在一個執行例中，第一個不透明部 分的多表面提供反射内表面。多表面之每一面的功能如同 實質上的鏡面反射鏡，但成為一個整體的多表面，其功能 就如同實質上的漫反射鏡。 或者，反射内表面可能在殼體第一個不透明部分内。 在進一步的執行例中，第一個不透明的部分由半透明材料 與反射基材所構成，便於光線從共振腔穿過半透明材料， 投射在反射基材的表面，然後反射回向共振腔。該反射表 面可以是鏡面反射、漫反射或兩者兼之。反射基材可用已 知光學現象的全内反射來構成，其中不同折射率材料之間 的界限，可能成為一個有效的反射物。這類型的反射物不 需添加任何額外的反光材料或表面處理。或者，具有反射 區域的半透明或透明材料被配置於材料内。 在進一步的具體例中，該殼體第二個不透明部分的内 表面是可反射的。光線投射在第二個不透明部分的内表面 且不通過任一孔洞，而是反射回共振腔。第二個不透明部 分之内表面可為鏡面反射、漫反射或兩者兼之。在另一替 代的具體例中，殼體第二個不透明部分的内表面不能反射 。在一執行例中，孔洞的式樣可藉由網版印刷生成或以預 定的方式在第二個不透明部分的内表面進行移印。在另一 11 201128111 個執行例中，孔洞的式樣以預定方式在第二個不透明部八 的内表面進行鑄模成形。 在另一個執行案例中’該透鏡的内部可藉由真空蒸铲 、化學鐘、電鍵或這些方法的組合加工塗佈一層反射金屬 。該孔洞可由負製程成形’如以酸或其他钱刻劑银刻限定 的區域。在這種情況下’剩餘未蝕刻的部分，可塗佈—層 耐蝕刻材料，例如，可能是一聚合物或貴金屬。該耐蝕叫 的材料可能隨後使用溶劑或其他方法去除。該孔洞可能以 加成製程構成，其中的反射塗層，只適用於孔洞以外的區 域。有關這些技術的組合也可以加以利用。 在一個具體例中，第二個不透明部分的外表面，基本 上適宜無反射。例如，第二個不透明部分的外表面可能塗 上黑色或紋路或兩者兼之，以盡量減少反射。這是為了盡 置減少光線投射到第二個不透明部分的外表面，如來自於 外部光源，或經由透鏡裝置的反射光。例如，如果該電〆 *、、、明裝置疋父通彳S號燈或連同交通信號燈一起使用的環^ ’最好是盡量減少任何來自於殼體的第二個不透明部分: U外表面的外部光線被反射。例如，這料部光線可能包括 t來自^陽光或車頭燈光的光線。這是為了盡量減少這 種反射光造成假信號的可能性。 按照本發明揭露的電氣照明裝置，可用於許多不同的 用面。因此，電韻昭 一，…、明裝置的形狀和配置可有多種形式 包括^ 採用許多形狀的中空結構殼體，例如， 或基本上錐形;半球形或基本上半 /土上球形，和圓柱形或基本上圓柱形。此 12 201128111 -體内表面可界定不同形狀的共振腔。例如，殼體内 ,K共振腔形狀是球形、弧形、截顧錐形，圓柱形 或t方形。在某些應用中，電氣照明裝置的形狀大體上類 似傳統的燈泡或螢光燈管，按照本發明揭露的電氣照明裝 置允許被加裝至現有的照明裝置。 ” ’、、 1 orm第目圖°兒明了一個按照本發明揭露之電氣照明裝置 I、體例。該電氣照明裝置！⑼包括—個中空結構殼體 主一個主要部份140和罩蓋120所構成。主要部份⑽的内 罩蓋120界定了一共振腔105。主要部份⑽構成殼體 、不透明部分，並具有—漫反射内表面，以適宜反射 光朝向共振腔105。該罩蓋120構成殼體第二個不透明部分 此並具有多孔。在此例中，罩蓋120是一不透明材料的多孔 ’在-替代的具體例中，罩蓋120的内表面是以網版印刷 i絲網印刷、電鍍、鑄造或其他方式製成，在殼體的内部 夕部之間’提供一基本上帶有多孔的不透明表面。在一 具體例中，該罩蓋的内表面為鏡面反射、漫反射，或兩者 兼之。 至少有一顆發光二極體（LED)的光源150被配置於共 ，腔105内。纟一具體例中，多個LED以預定的樣式排列。 泣、個具體例中，每個光源被安裝或以其他方式耦接主要 部份140的後面。電氣照明裝置·亦包括—透鏡裝置則 對準罩蓋12G中的多孔。該透鏡裝置則包括—個或多個 透鏡或透鏡元相聚焦和調整從罩蓋12G孔財所散發的 光在此$例中’在透鏡裝置11G上的—個或多個透鏡是 適宜聚焦從罩蓋12〇孔洞中所散發的光線且能擴大獨立光 13 201128111 源150的區域。 在一個具體例中’該透鏡裝置包括多個透鏡或透鏡元 件，其中透鏡或透鏡元件十分緊密，以致於透鏡或透鏡元 件能合併成為一個透鏡板，如第一圖所示。可依照特定應 用確定透鏡裝置110上之透鏡的特點、方位和數量，而這特 定類型的照明特點正是所需的。該透鏡可能為球形或基本 上球形的形式或可3b為非球面透鏡。在一個的執行例中， 每一個透鏡是一細長的半圓柱形，與多個半圓杈體透鏡相 互緊鄰排列。在一個執行例中，透鏡裝置由鑄造加工構成 。透鏡裝置110上之透鏡的確切形狀是可供選擇的，例如， 使用Fermat最少的時間原則或如心定律或按照光跡。所有 這些技術都能被那些光學設計的熟練者清楚地理解。 孔洞的形狀和位置係取決於電氣照明裝置的特定應用 。當使用在交通信號燈的具體例時，該孔洞大小的範圍約 為0.5mm2i10mm2。例如，該孔洞可能實質上被排列在'一 個正規的樣式巾，料横跨或全部錢㈣第二個不透明 部分。或者’孔洞可能以任何預定的樣式制 樣式。例如，該孔洞可能是圓形或矩形或環形。在一 洲中，罩蓋i聽括多個狹長的方孔，其中每個孔洞約 m^2mm。在此案例中’孔洞的面積總和佔罩蓋竭内 =達50%。在一個執行例中，孔洞的面積總和約佔罩 相:== 層之總表面㈣4 %。行财，來内 内投射在罩蓋祖的大部分光線，皆被反射回;;= 201128111 ，只有相對小部分的光線從共振腔經由罩蓋120的孔洞透射 。這將在共振腔内產生一個光的最大隨機化，致使光線似 乎是從同一源頭散發經由孔洞透射。 一種可選擇之電氣照明裝置100的具體例，包括一光感 測器115被佈置在共振腔105内，以用來量測共振腔105内的 光通量。該電氣照明裝置100的進一步具體例，包括一個控 制器180至少耦接一LED光源150和光感測器115，以控制電 源傳輸到至少一光源150。該控制器180經由第一個連結裝 置160耦接光源150，並經由第二個連結裝置190耦接光感測 器115。該控制器180進一步經由電源連結裝置170耦接一外 部的供應電源。在一個具體例中，已完成的控制器是採用 一微處理器和控制軟體的微處理器。這種回饋控制機制能 讓熟悉電氣和電子與控制工程的技術者清楚地理解。 該控制器180可藉由控制電源供應量至光源150，將共 振腔的光通量設定為固定值，不需依賴溫度或光源效率。 在另一個具體例中，控制器180和光感測器115被用來調整 共振腔内的光通量，成為供給電壓至LED燈的一個功能。 在另一個具體例中，光感測器115被省略，光源功率為恆定 。在另一個具體例中，光感測器115被省略，光源功率成為 供給電壓至LED燈的一個功能。準確地使用光感測器115 是可能的，因為光共振腔内的光通量強烈地受到光源150 所散發的光量和多孔反光板中多孔總面積的影響。共振腔 内的光通量較不受外部環境光線的影響。 第一圖中，該主要部份140提供了殼體内部的反射物和 多孔反光板120,可能是一漫反射類型，然而同樣可用鏡面 15 201128111 反射的紋理表面。多孔反光板120可能為鏡面反射。該多孔 反光板120的表面面對光共振腔的是反射面。當用於信號傳 輸的目的時’面對殼體外部之多孔反光板120的反面，可能 製作成不反射’以減少電器裝置仿真照明。此案例所完成 的$蓋120是一多孔反光板，藉由金屬沉積、網版印刷或或 其它塗佈加工形成於透鏡裝置11()的表面上。或者，所述的 罩蓋120和透難置丨脚能為彼此㈣心目_ 組件。 本發明揭露提供一電氣照明裝置，例如一個含有少量 光源的燈形式，卻具有明顯大數目光源的最覿外觀。夕里 當與獨立使用的LED相比較時，-個按照本發明揭露 之照明裝置的LED燈，透過適當@擇殼體第二個不透明部 分和透鏡裝置的物理性能，可提供光方位更佳的控制。這 允許本發明揭露的具體例錢於各種不同的㈣^輸和= 明應用。 回到第一圖，該電氣裝置100包括一由具有多孔之殼體 第二個不透明部分所構成罩蓋120。已完成的罩蓋12〇是一 多孔反光板120的形式。第二圖顯示了一個多孔反光板12〇 的具體例。該反光板120包括多孔210，以允許光線從反光 板120的一側透射至反光板120的另一侧。此例顯示多孔反 光板120中的孔洞210為圓形狀，雖然不同形狀和配置的孔 洞同樣可用。按孔洞210所佔面積的總和，—般是少於多孔 板120表面220之總表面積的一半。如上所述，該反光板no 是本發明揭露之照明裝置之殼體第二個不透明部分的—執 行例。第二個不透明部分同樣可用網版印刷、電鐘或禱造 201128111 孔洞於殼體的相關部分。 第三圖說明當光線撞擊到反光板120上時，光線在光共 振腔内的典型路徑。如第三圖所示的佈置中，透鏡板110 的位置®比鄰反光板120。光線330通過多孔反光板120上的孔 洞並被折射，隨著這些光線33〇進入透鏡裝置11()，根據 Sne11的定律，這些光線330將再次被折射離開透鏡板11〇前 方的外表面。透鏡裝置11〇的屬性，如透鏡裝置11〇對齊相 對的孔/同it射性能和曲率半徑，例如’光線35()產生一狹 乍光束光線340未透過多孔板12〇上的孔洞，被反射回光 ^振腔1G5 ’以增進光共振腔奶内的光通量。雖然第三圖 Λ $ 了㈤良4束’如同聚光燈所生成的，顯然地，藉 由適當的選擇和調整透鏡的焦距以及多孔反光板的孔洞尺 寸同樣ι產生個泛光燈的特性。尤其是，使用一個較 大的孔/同尺寸和具有長焦距的透鏡也會產生類似泛光燈的 特性。 …月装置之内部共振腔的#列也會影響到{源的輕射 ‘射基本上是等方向地到達每—個孔洞或其中的 — 、疋說光·1¾射從各個方向一致性到來。這可 照明褒置殼體内表面的高度漫反射來達成。為了便於 或以其他方式製造，可採用反射紋理表面或皺紋表面 來達到同一Π ΛΑ 目的。同樣地’殼體内表面的某些部分限定 振腔可能的鏡面反射且仍然達到了所需的效果。使用 W3 土本上扁平的透鏡裝置，殼體第二個不透明部分内 =之區域周圍的孔洞可能製造鏡面反射或漫反射，而不 θ ?反裝置的整體特性。為了達成輻射到達孔洞的最大均 17 201128111 勻性’以反光材料製成的一個或多個的反射板可能被配置 在共振腔内，以遮蔽來自於該光源的任一直接輻射散發出 光線或該反光板的非均勻照明區域的孔洞。 第四圖係顯示一依本發明揭露之電氣照明裝置4 0 0的 具體例，其中該電氣照明裝置包括一中空結構殼體420’其 形狀符合傳統燈泡的球狀外殼。該電氣照明裝置400包括光 源430、光感測器440和控制器450，由殼體420的内表面界 定其在共振腔内的各個配置。該控制器450藉由電導體460 連接燈泡裝置的電接點470。殼體420顯示了典型的圓周區 域410,顯示於第五圖的放大視圖。本發明揭露的具體例可 同樣可用於各種形狀’包括那些相應的傳統燈泡或傳統曰 光燈管。 第五圖顱示第四圖提及之燈泡的殼體420區域410的橫 斷面放大視圖。該區域410顯乔一具有多孔反射面52〇，以 允許光線從殼體420的内部透射至殼體的外部。一個具體例 顯示，一透鏡裝置510包括多個透鏡元件53〇，其中透鏡裝 置510對準反射面520的多孔。該透鏡裝置510和反射表面被 排列成相應於燈泡的形式。 顯示於第四圖和第五圖中的佈置具體例’提供的多孔 超越殼體420之内表面的第/個區域且透鏡裝置510涵盍了 相應的殼體42G外表面的第區域。此㈣中’該電照明 裝置向各個方向散發光線，涵蓋内表面第—個區域的全部 或絕大部份的内表面。這樣的佈置’完成了殼體内表面的 反射塗層成為殼體的第-個不透明部分，提供-反射物於 殼體㈣，且殼體第二個不透明部分在殼體的内部與外部 201128111 之間具有多個孔洞。在另一個案例中，依據透鏡裝置，該 電氣照明裝置以定向方式散發光線，其中第一個區域對應 於内表面相對較小的部分。 第一圖顯示一照明裝置的執行例，包括一個使用射出 成型加工所構成的透鏡裝置110。一個適用於透鏡板的高透 光性能材質’如由聚碳酸酯塑料所呈現的光學等級。一個 適用等級的LEXANtm聚碳酸酯熱塑性樹脂，由SABIC Innovative Plastics公司生產，都是適合的。在一佈置中， 網印的多孔反光板使用一般的網版印刷方法印到透鏡裝置 110的内表面上。一個特定的執行例使用白色反光墨水。 一個透鏡裝置與照明裝置的殼體第二個不透明部分構 成一體的具體使用例。這可藉由網印將反光材料印在透鏡 裝置内表面上的方式來完成，在未塗上反光材料之透鏡裝 置内表面的離散區域形成孔洞。或者，以模内裝飾加工（ IMD)將透鏡裝置和孔洞板構成一體，其中孔洞板是模壓 成型，然後透鏡裝置在孔洞板上過壓成型。同樣地，殼體 第二個不透明部分的製造可利用一含有金屬的反光材料， 塗佈或電鍍於透鏡裝置的一側，然後選擇必需蝕刻的孔洞 。或者’殻體第二個不透明部分同樣地可由所選塗佈方式 與反光材料一起塗佈於遑鏡裝置的一側，同時避免塗佈 孔洞。如上所述，移印將式樣塗於透鏡裝置的方式，亦可 用於製造殼體的第二個不透明部分。移印使用—個如石夕勝 製的均勻膠頭，Μ起印紋並放置該印紋於被印物上。一種 進一步製造殼體第二個不透明部分與透鏡裝置構成一體的 方法是烫印m金），其中的薄塑料可能已金屬化，含有反 著- 厶黏利用射出成型製造透鏡裝置的模式，玎製出薄、 iJr Σηΐ SSL bx » «mi . zLL» i ,n1 ^ 同的薄膜被印壓在透鏡裝置上，並利用辨和壓力 的逸鐃裝置以取代管型燈管，因為薄塑料< 能較適 桫的表面形式。射出成型製造的厚透鏡裝蓼，可應 合A貞載的H如機場落地燈。 硐於^製造透鏡裝置的模式包括透鏡裝置固癯材料的 p 收说 m ,. . . 、土 fi -製 機 這將適用於非常厚的透鏡。另一種製造逯鏡裴 ，包括壓紋一個或多個透鏡或透鏡元件於片材上 造模式，合於非常薄的透鏡，並使用一蘑紋羅拉 哼龛用在連績片材上，並可能使用連續印刷的方法同 的反先片個孔'同。或者，壓紋可同時完成融黏一含有孔洞 遂織，轉Ϊ裝置易於縮放^藉由波長效應限制在較小邊的 ”4=孔洞和大尺寸的材料特性。射出成型: 維(3D)印刷是進-步的加卫^ $貪 _ 但也是最 日月裝复上所述，按照本發明揭露之具體例是〜 喪c綠燈而言，用於殼體的首選形：'=的照 終其上，其基本上為圓柱形的共振腔與透鏡=具有一内 上 一一— … 丄一- 〜，…-------广適就透鏡裴置成型的 ·/ 久 、 柱形的共振腔與透锫壯 遮蓋該圓柱形共振腔的圓周末:=置 ’散聲也％共振腔的圓周末端並不平行。t k兩個基本 綠的末端約傾斜5度，便於車:個具體例 馬煢者更容易 20 201128111 視。此實現例中的光源採用一個或多個LED並置於一可選 擔板的後面，因此’一個或多個LED的光線在遭遇透鏡裝 置之前，率先碰擊漫反射面。 第七圖顯示一交通信號燈700的橫斷面，是按照本發明 揭露之電氣照明裝置的具體例。該交通信號燈700包括一中 空結構殼體715。殼體715的内表面界定一共振腔705。交通 信號燈700還包括一光源750,此實現例使用了 3顆LED。依 據應用狀況’多個LED也可在執行過程中被當成光源75〇 。例如，多個LED可排列成線性模式、矩形陣列或任何規 則或不規則的配置，以便提供殼體715一個合適的光源。 殼體715的第一部分74〇是不透明的可見光，並提供殼 體715内部一個反射物。也就是說，光線從共振腔7〇5内投 射到第一個不透明部分，但未穿過第一部分74〇，且該光線 反射回共振腔705。如上所述，該反射物也許可藉由第一部 分740擁有來自共振腔7〇5的不同折射率，實現其在共振腔 705内部造成反光效果。或者，第一部分在殼體715的内表 面或第一部分740内藉由反光塗佈或紋理表面提供一反光 物。在進一步的替代例中，一反光塗佈或紋理表面被塗至 第一部分740的外表面，使反射光回到共振腔7〇5。 殼體715進一步包括的第二部分72〇是不透明的可見光 。含有多孔的第二部分72〇，允許光線從殼體715内部的共 振腔705穿過至殼體715的外部。第二部分720可使用多孔板 來實現，如上述提及的參照第一圖和第二圖。如上所述， 進一步執行例同樣可用於該第二部分，如在第二部分72〇 的内表面進行網印或移印，以完成預定的孔洞佈置。第二忘 201128111 邛刀720的内表面是可選的一反射面，藉由第二部分72〇擁 有來自共振腔的不同折射率，在共振腔内部造成反光效果 。或者，藉由反光塗佈或在殼體715内表面或第二部分74〇 内施加紋理表面，使其符合第二部份72〇，讓第二部分 的反射朝向共振腔7〇5。在進一步的替代例中，一反光塗佈 或紋理表面被塗被塗於第二部分720的外表面，使反射光回 到共振腔705。 交通信號燈700還包括一個透鏡裝置710毗鄰於第二個 不透明的部分720。在此例中，透鏡裝置71〇包括多個基本 上為球形的透鏡元件，其中每一個透鏡元件對準相應第二 部分720多孔中的其中一孔。如上所述，兩者擇一，該透鏡 裝置710可以耦接第二個不透明部分72〇或透鏡裝置71〇與 第二個不透明部分相互構成一體。 如第七圖所示’此案例中，殼體715的第·二部分72〇與 透鏡裝置710的夾角略為向下，約在2度至2〇度的範圍，使 道路使用者更易於觀看從交通信號燈7〇〇所散發在街面的 光線。 此例中，交通信號燈700進一步包括一佈置於共振腔 705内的可選擔板760。擋板760的位置相對於光源750，因 此，光源750所散發的光線在穿過第二個不透明部份72〇的 孔洞之刖’至少投射在殼體715内的一表面上。揚板也許可 透過射出成型加工與殼體715構成一體。或者，佈置在共振 腔705内的擔板760以某些其他的方式透過輕接至殼體 的内表面。 第七圖顯示從光源750散發之可見光子的光跡790。此 ⑧ 22 201128111 例顯不’光線從3顆LED光源750中的第二顆散發投射在擔 板760上並被反射隨之投射在殼體715的第一個不透明部份 740上。該光線790被反射隨之投射在第二個不透明部份72〇 上，於是光線790被反射回向共振腔705。然後該光線79〇 在反射回向第二個不透明部份720之前，投射在擋板76〇上 。在此例中，光線790穿過第二個不透明部份720多孔中的 其中一孔且穿過透鏡裝置710中相應的透鏡元件，隨之散發 至交通信號燈700的外部。 第七圖的案例進一步顯示為了耦接交通信號燈7〇〇至 —個外部電源的電源線770。該電源線770耦接印刷電路板 730。光源750亦耦接印刷電路板730。其他各種電子元件780 ，如電阻器’電容器，變壓器等也可能被耦接至印刷電路 板730。 如上所述，交通信號燈700包括一可選的光感測器（無 圖例）’被配置於共振腔7〇5内。此外，從光源750散發的 光線可能受控於一控制器（無圖例）耦接電源、光源75〇和光 感測器。例如，完成的控制器是利用一個微處理器耦接印 刷電路板730或者是控制器可能設置在遠程且耦接到交通 信號燈700。例如’該控制器可以經由有線或無線的傳輸媒 介耦接交通信號燈。 一個交通信號佈置的具體例，包括具有6顆LED的光源 。按照本發明揭露之高輸出的燈具，基本上使用更多的lEd °例如’ 10000流明路燈的實現例是使用本發明揭露的照明 裝置，使用了 100顆的LED。由於光線能均勻混合多個來源 ，各種顏色及類型的LED，最終將產生一均勻的色光，這 23 201128111 取決於筛選個別LED顏色的特定組合，並進一步取決於 LED被驅動的給定時間。此特徵也許可詩「微調」^明 裝置的顏色輸出至某些喜愛的顏色或色相，或選擇要被顯 不的顏色。使用不同光線之發光技術的能力，要求高可靠 性的情境，以提供一個安全或可靠地效益。 一種應用’利用多個電氣照明裝置排列個陣列令 ，作為-彳_示面板…個執行例，單獨控制每—個電氣 f明裝置’每一個照明裝置當成陣列中的-個像素。然後 错由控制每個照明裝置的像素顯示文字和圖形。在另一個 執行例中’一個群組或多個電氣照明裝置被 制。該照明裝置的陣列，可根據應用排列成任一形狀1 2矩形陣列’三角狀陣列，鑽石形陣列，或任何規則或不 可=二顏色的LED時’彩色顯示器是 實現的。這種顯示器可用於多種用途，例如，包括接 近道路的位置，可提供文字或圖像的交通警示，展 用品，或播放視頻或靜態圖像。 貝σ 充至第八c圖說明電氣照明裝置在陣列中排列 狀，但同樣可用其他形狀，= 二L ，照明裝置的正面為矩形狀的形式， 個矩形陣列的照明装侧，適宜用於紙帶 •不态八中在顯示器各處的文字捲軸可藉由每一個《 獨的照明裝置來控制。第八_顧_ ^ 了错由母個早

Muon 4 一個矩形陣列的照明 2 ^且用於顯不—般文字和圖形。第八c圖顯示- 大體上為鑽石形陣列的照明裝置跡適宜用於馨示以 24 201128111 。按照本發明揭露之照明裝置的其他佈置，同樣可行。 本發明揭露可使用發光二極體的具體例，包括高輸出 的LED。此LED包括由Cree公司所生產的XLamp LED。被 實現的光源可使用一個或多個led。如第一圖所示，使用 一個反射體實現殼體的第一個不透明部分，從不透明等級 的聚碳酸酯塑料被射出成型，然後塗上一層漫反射塗料。 反射表面可能含有高反射材料，如聚四氟乙烯(PTFE)，二 氧化鈦’或硫酸鋇。第一圖所示的光感測器115 ’可使用一 個由Vishay Intertechnology公司製造BPW21R光電二極管 實現之。執行過程中的控制器180也許是一傳統類型’包括 一或多個電源供應的組合，且一般類型的回饋控制裝置易 於被熟悉電源供應設計和閉環控制的技術者設計。 本發明揭露的具體例，可用於更換燈泡，無論是泛光 燈或聚光燈的特性，如封閉式投射燈拋物型鋁反射燈38型 (PAR38)。 第六A圖顯示按照本發明揭露之電氣照明裝置600的 透視圖。在第六圖的案例中，顯示電氣照明裝置600具有中 空結構殻體610，是一細長圓柱體之傳統螢光燈泡的形式。 第六B圖顯示執行案例之電氣照明裝置6〇〇的橫斷面 視圖，其中殼體610的内表面620界定一共振腔605。該内表 面620包括多個孔洞，以允許光線從共振腔6〇5透射到殼 體的外部。共振腔内的光線某種程度起源於佈置在共振腔 605内的光源或光點沿著圓柱體伸長。為明蜂起見，光源不 會顯示於此案例。 第六C圖顯示另一個執行例之電氣照明裝置6〇〇的橫 25 201128111 斷面視圖，其中殼體610的内表面650界定一共振腔605。内 表面650的第一部分660提供一反射面以反射光線回到共振 腔605。内表面650的第二部分640包括多個孔洞，以允許光 線從共振腔透射到殼體的外部。共振腔内的光線某種程 度起源於佈置在共振腔内的光源或光點沿著圓柱體伸長。 為明確起見，光源不會顯示於此案例。 第六A圖至第六C圖的案例說明按照本發明揭露的電 氣照明裝置是可彈性變動的。不同形狀的殼體和共振腔的 具體例，允許照明裝置兼容現有的照明設施。此外，上述 作為第一和第二不透明部分之不同配置的殼體，允許從電 氣裝置對散發的光線做更多的控制。 本發明揭露的具體例可應用於信號傳輸，例如交通或 鐵路的指示燈，當製成品如聚光燈般使用時，高聚焦就為 其特性。在一個具體例中，按照本發明揭露的電氣照明裝 置適宜耦接交通信號裝置。 本發明揭露的進一步具體例可應用於路燈，當以特性 建構時，光線分佈的樣式賦予所界定之大面積一個良好的 照明。這是藉由篩擇適當的多孔反光板和透鏡頭特性來完 成。 工業適用性 本發明所描述的佈置，適用於電氣和照明工業，特別 是對交通信號燈和行車導引工業。 上述的描述僅是本發明的一些具體例，隨附之修改和 /或變更不能背離本發明的精神和範圍，具體例為說明性 ，非限制性。 ⑧ 26 201128111 【圖式簡單說明】 第一圖為本發明所揭露人工照明裝置的具體實施例。 第二圖為本發明所揭露具有多孔反光板的人工照明裝 置。 第三圖為本發明所揭露的一種人工照明裝置，光線係 投射在多孔反光板上的光跡。 第四圖為本發明所揭露電氣照明裝置的具體實施例。 第五圖為第四圖電氣照明裝置的殼體區域放大示意圖 〇 第六A圖至第六C圖的實施例係說明電氣照明裝置與 殼體構成傳統螢光燈管的型式。 第七圖為本發明所揭露應用於交通信號燈佈置的電氣 照明裝置實施例。 第八A圖至第八C圖的實施例係說明多個電氣照明裝 置被排列為顯示幕裝置的形式。 【主要元件符號說明】 100 電氣照明裝置 105 共振腔 110 透鏡裝置(透鏡板） 115 光感測器 120 罩蓋(多孔反光板） 140 主要部份 150 光源 160 第一個連結裝置 170 電源連結裝置 180 控制器 190 第二個連結裝置 210 多孔反光板的孔洞 220 多孔反光板的表面 330 光線 350 光線 340 光線 400 電氣照明裝置 410 圓周區域 27 201128111 420 殼體 430 光源 440 光感測器 450 控制器 460 電導體 470 電接點 510 透鏡裝置 520 反射面 530 透鏡元件 600 電氣照明裝置 605 共振腔 610 殼體 620 内表面 640 第二部分 650 内表面 660 第一部分 700 交通信號燈 705 共振腔 715 殼體 710 透鏡裝置 720 第二部分 730 印刷電路板 740 第一部分 750 光源 760 檔板 770 電源線 780 電子元件 790 光線(光跡） 810 、820矩形陣列的照明裝置 830 鑽石形陣列的照明裝置 28 ⑧

Claims (1)

1. 201128111 七、申請專利範圍： 1、 一種電氣照明裝置，係包含： 一中空結構殼體具有一内表面界定一共振腔； 一發光二極體（led)光源配置於前述之殼體内面 的共振腔内； 前述之殼體的第一個不透明部分提供一適用於該 殼體内的反射物，位於前述之殼體内層與外層之間的 喊體第一個不透明部分具有多孔；和一對準前述之多 孔的透鏡裝置。 2、 如申請專利範圍第1項所述的電氣照明裝置，該殼體 的第一個不透明部分是一反光體，而殼體的第二個不 透明部分是一多孔罩蓋，該罩蓋係耦接於反光體。 3、 如申請專利範圍第2項所述的電氣照明裝置，該罩蓋 與反光體係構成一體。 4、 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的電氣照明 裝置，該殼體第一個不透明部分的内表面至少有一個 為鏡面反射或漫反射。 5如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的電氣照明 裂置，3亥设體第一個不透明部分的内表面至少有一個 為鏡面反射或漫反射。 6、如申請專利範圍第1至5項中任一項所述的電氣照明 裝置，該殼體係由下列各形狀組成的群組中選出：圓 錐形或基本上錐形；半球形或基本上半球形；球形或 基本上球形；和圓柱形或基本上圓柱形。 7如申睛專利範圍第1項所述的電氣照明裝置，該透鏡s 29 201128111 裝置係包括多個透鏡元件。 8 f申請專利朗第7項所述的電氣照日謂置，該殼體 ^個不透明部分多孔的其中一孔至少對準前述之多 個透鏡元件的其中之一。 ^明，利|&圍第i至8項中任一項所述的電氣照明 :，δ亥透鏡裝置與殼體第二個不透明部分的外表面 係構成一體。 裝:°月，利範圍第1至8項中任—項所述的電氣照明 又置，該透鏡裝置係耦接於殼體。 11請專利範圍第1至10項中任-項所述的電氣照明 ^ Ί纟係包含一光感測器，以量測該共振腔 内的光量。 如申明專利範圍第1 1項所述的電氣照明裝置，其進一 二f包含Γ控制_接至少—LED光源或光感測器， 13 二工制器係取決於光感測器，以控制電源供應到至少 母一個光源的其中之一。 ^明專利辄圍第1至12項中任一項所述的電氣照明 。、其中所述之多孔’基本上係排列成正規的樣式 14、^申請專利範圍第工至13項中任一項所述的電氣照明 〃中所述的咸體第二個不透明部分是一多孔板 二在該殼體部分的内表面上形成一不透明反射面，前 迷之板材在該殼體的内部與外部之間穿孔形成多個孔 νΐϋ 〇 15 、如申請專·圍第！至14射任—項所述的電氣照明 2〇Π2811ι 裝置，其中所述的係殼體耦接於交通信號的裝置。 々申明專利範圍第1項所述的電氣照明裝置，該殼體 為一傳統燈泡的形狀。 如申凊專利範圍第1至16項中任一項所述的電氣照明 裝置，其係適合用於交通信號燈。 8如申凊專利範圍第工至17項中任一項所述的電氣照明 裝置，其中所述多孔洞的每一孔約為0.5mm2至10mm2 〇 19、 如申請專利範圍第丄項所述的電氣照明裝置，其中所 述孔洞的面積總和高達該殼體第二個不透明部分之内 面表面積的50%，且包括0.5%至2〇%的範圍。 20、 一電氣照明裝置，係包含： 一中空結構殼體具有一内表面界定一共振腔； 光源配置於如述之殼體内面的共振腔内； 前述之殼體的第一個不透明部分提供一適用於該 殼體内的反射物，位於前述之殼體内層與外層之間的 殼體第二個不透明部分具有多孔；和 曰、 一對準前述之多孔的透鏡裝置。 21、 如申請專利範圍第19項所述的電氣照明裝置，其中所 述之照明裝置是電氣，係至少採用一發光二極體、= 光等離子體(LEP)、鎢絲和光纖為其光源。 " S 31